مقایسه عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی مختلط (ستون بتنی و تیر فولادی) با قاب‌های خمشی فولادی و بتن‌آرمه در سازه‌های کوتاه، متوسط و بلندمرتبه

قاب‌های خمشی تیر فولادی - ستون بتن‌آرمه موسوم به rcs، در سال‌های اخیر به عنوان یک سیستم باربر لرزه‌ای مطرح شده‌اند. مطالعه و بررسی پژوهش‌های انجام‌شده در این حوزه نشان می‌دهد که بررسی رفتار کلی این نوع سیستم بار جانبی در مقایسه با قاب‌های خمشی فولادی و بتنی به صورت جامع و کامل صورت نپذیرفته است. لذا در این پژوهش، قاب‌های خمشی ویژه به صورت مختلط (rcs)، فولادی و بتن مسلح در سه رده ارتفاعی با تعداد طبقات 5، 10 و 20 (که به ترتیب نمایندة سازه‌های کوتاه‌مرتبه، متوسط و بلندمرتبه هستند) و مطابق با آیین‌نامة 22-asce7 بارگذاری لرزه‌ای شده و سپس براساس آیین‌نامة 22-aisc360 و 19-aci318 طراحی و تناسب‌بندی گردیدند. از میان سازه‌های سه‌بعدی طراحی‌شده، قاب‌های دوبعدی استخراج گشته و پس از مدل‌سازی غیرخطی در نرم‌افزار اجزای محدود opensees، ابتدا تحلیل‌های غیرخطی استاتیکی به منظور ارزیابی اولیة پاسخ لرزه‌ای در نواحی پس از تسلیم صورت پذیرفت. سپس تحلیل دینامیکی افزاینده برروی تمامی مدل‌ها انجام و با استفاده از منحنی‌های شکنندگی متناظر با فروریزش، وضعیت فروریزش مدل‌ها با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج پژوهش نشان داد که در مقایسة کمی بین قاب فولادی، rcs و بتنی، در قاب فولادی شاخص شدت زلزله تقریبا 1/35 برابر قاب rcs و شاخص شدت در قاب rcs تقریبا 1/14 برابر قاب بتنی است. همچنین با افزایش تعداد طبقات، رفتار متناظر با فروریزش در قاب های rcs مطلوب تر از قاب های بتنی است و در یک شدت زلزله مشخص، احتمال فروریزش با میزان کمتری در قاب های rcs همراه است.

analogy of the seismic behavior of composite frames (concrete columns and steel beams) with steel and reinforced concrete frames in low-rise, mid-rise, and high-rise buildings

steel beam - reinforced concrete column (rcs) frames are a new seismic load-bearing system. however, there has been limited research comparing the behavior of rcs frames to steel and concrete frames. this study aimed to fill that gap by examining moment frames in composite (rcs), steel, and reinforced concrete forms in three different height categories: 5, 10, and 20 stories. the frames were seismically loaded according to asce7-22 code and then designed and optimized based on aisc360-22 and aci318-19 codes. two-dimensional frames were extracted from the designed three-dimensional structures and subjected to nonlinear modeling in the finite element software opensees. initial static nonlinear analyses were conducted to evaluate preliminary seismic responses in the post-yield regions, followed by incremental dynamic analyses on all models. the collapse states of the models were compared using fragility curves. the study found that the seismic intensity index for steel frames is roughly 1.27 times greater than that for rcs frames. similarly, the intensity index in rcs frames is about 0.9 times that of concrete frames. additionally, the collapse-related behavior in rcs frames was found to be more desirable than in concrete frames as the number of stories increases. at a given seismic intensity, the probability of collapse is lower in rcs frames than in concrete frames. the modified collapse margin ratio in ten-story frames and twenty-story rcs frames, compared to the concrete frame, is about 1.1 and 1.26, respectively. in conclusion, the study shows that rcs frames have a more favorable seismic performance compared to steel and concrete frames, especially as the number of stories increases. this research contributes to a better understanding of the behavior of rcs frames in seismic conditions.